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Méthode de qualification :

La mesure des champs électriques ou magnétiques générés par l’émission d’un signal radio en un lieu précis est basée sur une réception de ce signal capté par une antenne aux performances connues sur une large gamme de fréquence.

Si cette procédure est totalement satisfaisante pour qualifier des champs importants afin de vérifier le respect des limites admises sur les rayonnements essentiels, ses performances ne permettent pas toujours de quantifier des brouillages de réception de faible amplitude particulièrement dans les bandes HF.

De même, la définition du lieu de mesure introduit une notion dimensionnelle critique par rapport à la longueur d'onde du signal à analyser. Pour minimiser les erreurs introduites par ces contraintes pratiques, la plupart des protocoles recommandent soit d’effectuer une combinaison des signaux reçus par plusieurs antennes soit un déplacement de l'antenne pour rechercher un maximum de réception dans des limites fixées.

Dans une configuration technique identique en radiocommunication, on cherche généralement à obtenir le maximum de rayonnement en émission sur la fréquence exploitée et à récupérer la plus forte amplitude possible du signal en réception. Pour cela les antennes utilisées ont une efficacité bien supérieure et des bandes passantes bien plus étroites que les antennes de mesure. Ainsi, leurs dimensions étant également beaucoup plus grandes, on peut considérer que l'énergie qu’elles rayonnent ou qu’elles absorbent est une somme d’énergies élémentaires mesurables de cette façon telle que définie en CEM.

Cette constatation revient à dire que, par principe, les rayonnements parasites des équipements électriques ou électroniques ne sont jamais mesurés en qualification CEM dans les conditions correspondant à la configuration réelle des équipements qu’ils pourraient perturber.

Pour transposer les résultats relevés à partir des qualifications de base en niveau de perturbation effective, il faut tenir compte de l’environnement des antennes qui peut, dans beaucoup de cas, rendre l'opération correspondante assez imprécise. Réciproquement et pour les mêmes raisons, une mesure de dégradation des performances en réception d’un système de radiocommunication ne peut prétendre déterminer facilement si la source de perturbation dépasse ou non les limites de rayonnement qui lui sont applicables.

A partir des équations de champs présentées dans la partie technique précédente et à l’aide des outils proposés, il est possible de transposer les résultats de mesures effectuées sur une installation réelle en résultats théoriques dans les conditions de mesures normalisées. Si cette transposition peut manquer de précision dans un environnement perturbé, les écarts ainsi exprimés par rapport aux limites peuvent aider à décider s’il est nécessaire ou pas d’effectuer deux mesures distinctes (une normalisée pour qualification d’une part et en configuration réelle d’autre part). En effet, si ces écarts sont suffisamment importants pour être supérieurs à l’erreur de mesure, leur signification a un sens. Dans le cas contraire où ils pourraient se confondre avec une erreur de mauvaise prise en compte de l’environnement, un doute peut subsister et inciter à effectuer des mesures dans les conditions normalisées.

A cette difficulté d'interprétation des résultats s'ajoute une différence importante de sensibilité de réception entre les systèmes de mesure de qualification et les installations de radiocommunication, pour les raisons suivantes :

  • Un récepteur de mesure précis a un facteur de bruit proche de 10 dB à 12 dB alors qu’un récepteur d’équipement radioamateur permet d’avoir un facteur de bruit, sans préamplificateur externe, de 5 à 7 dB. La différence est donc d’environ 5 dB

  • Une antenne de mesure large bande de dimension réduite aux environs du mètre est estimée avoir un rendement correspondant à un gain variant de -15 dBi à -30 dBi dans les bandes HF (en dessous de 30 MHz) et proche de 0 dBi en VHF au-dessus de 100 MHz

  • Les antennes filaires utilisées par les radioamateurs ont des gains de l’ordre de 2 dBi à 5 dBi et les directives des gains allant jusqu’à 7dBi ou 8 dBi dans les bandes HF ou jusqu’à 13 dBi ou 18 dBi dans les bandes VHF

  • Les différences de performances entre les antennes de mesure et les antennes couramment utilisées en radiocommunication montrent ainsi des écarts importants de gain variant de 17 dB dans le meilleur des cas à 30 dB dans des cas extrêmes parfaitement réalistes.

  • Le cumul des écarts estimés en réception et entre les antennes équivaut ainsi à une différence de sensibilité d’au moins 22 dB et pouvant atteindre 35 dB sinon plus.

  • Les mesures de qualification effectuées à de faibles hauteurs par rapport au niveau du sol font apparaître une différence importante avec les champs auxquels des antennes mieux dégagées au même endroit sont soumises. Des écarts de 5 dB à 10 dB peuvent être couramment constatés.

Pour obtenir des résultats de mesure fiables, le niveau mesuré doit être en valeur moyenne d’au moins 10 dB supérieur au bruit de fond de réception. En associant ce seuil de mesure aux bandes passantes de réception recommandées pour effectuer les mesures il est possible de définir celui en dessous duquel il ne sera plus possible de quantifier un rayonnement. Fixées à 9 kHz dans les bandes HF et à 120 kHz dans les bandes VHF, ces bandes passantes correspondent à des seuils d’environ -120 dBm en HF et d’environ -108 dBm en VHF. En HF, le champ électrique moyen correspondant à la fréquence de 29 MHz où le gain de l’antenne de mesure est le meilleur (-15 dBi) est ainsi d’environ 1,2 dBµV/m. A 145 MHz le meilleur cas équivalent (0 dBi) donne un seuil de champ mesurable de 12,5 dBµV/m.

Il n’est pas rare de trouver dans les tableaux de limites applicables des valeurs limitant sérieusement les distances auxquelles les mesures de qualification peuvent s’effectuer. Ainsi, par exemple, la norme NB30 précise à 29 MHz une limite de 27 dBµV/m à 3m de distance en valeur quasi-crête pouvant correspondre dans bien des cas à des moyennes de l’ordre de 17 dBµV/m. La marge au-dessus du seuil de mesure est ainsi d’environ 16 dB ce qui signifie qu’au-delà d’une distance de 19 mètres, les mesures de qualification à 29 MHz ne sont plus possibles. Un raisonnement identique à 145 MHz pour la limite de 40 dBµV/m à 3m de distance, également en mode quasi-crête pouvant correspondre à 30 dBµV/m en moyenne, situe l’écart à 17,5 dB au-dessus du seuil de mesure pour rendre toute mesure de qualification impossible au-delà de 22 mètres.

On peut comprendre ainsi que des désensibilisations notables de réception en trafic radioamateur à ces mêmes distances et au-delà peuvent ne pas être détectées par des mesures de qualification aux performances de sensibilité limitées.

Mesures pratiques réalisables :

A partir des équipements de radiocommunication courants dont les radioamateurs disposent, il est possible d’effectuer des mesures de perturbations provenant d’autres équipements électriques ou électroniques fonctionnant à proximité. Deux niveaux de quantification sont possibles suivant le degré de calibration auquel l’équipement utilisé a pu être soumis en préalable et suivant le matériel de mesure complémentaire disponible.

Le minimum d’instrumentation nécessaire en plus de l’équipement radio est un analyseur audio connecté sur la sortie BF du récepteur. Cet analyseur peut être soit un simple voltmètre BF, ayant une constante d’intégration suffisante pour indiquer des valeurs moyennes de tension, soit (de préférence) un analyseur de spectre audio implanté sur un PC équipé d’une carte son reliée à cette prise à travers une interface identique à celui qui est utilisé en communication numérique. Il existe de nombreux programmes d’analyse capables de mesurer non seulement le niveau BF dans la bande passante du récepteur mais également le rapport Signal/Bruit obtenu.

Les meilleures précisions de mesure étant obtenues à la sensibilité de réception maximale, l’objectif consiste à quantifier des variations de bruit audio à partir de signaux faibles. Pour cela il peut être nécessaire d’insérer entre l’antenne et le récepteur un atténuateur programmable.

A un degré plus élevé pour compléter les mesures de dégradation et attribuer des valeurs absolues aux résultats, il est nécessaire de disposer d’un générateur HF étalonné. A défaut, un émetteur de petite puissance connue associé à l’atténuateur précédent peut jouer ce rôle, à condition qu’il soit suffisamment blindé pour que son rayonnement de structure ne soit pas détectable en réception sur antenne. Les câbles reliant cet émetteur ou le générateur devront également être suffisamment blindés pour ne pas fausser les mesures par les rayonnements provenant de fuites indésirables.

La précision absolue de la mesure est, dans ce cas, celle du niveau de sortie du générateur ou de l’émetteur utilisé combinée avec celle des atténuateurs associés.

La mesure de base consiste à comparer le niveau moyen de bruit reçu par l’antenne à celui obtenu en la remplaçant par une charge fictive. On déterminera ainsi une dégradation de sensibilité de réception en dB par rapport à une réception calme. Cette dégradation peut être normale si elle provient de ce qui est habituellement capté par l’antenne à différentes heures de la journée, particulièrement sur les bandes HF, et en absence de perturbation. Elle peut être également anormale du fait d’une perturbation et la dégradation effective correspond alors à la différence entre les valeurs normales et les valeurs anormales. Cette mesure effectuée dans les deux conditions donne une idée relativement précise de l’impact de la perturbation (chiffrable en dB) sur les performances de réception.

Le complément idéal de mesure nécessite ensuite une calibration de réception sur un générateur non modulé et étalonné relié à la prise antenne. La correspondance entre les indications du S-mètre et les niveaux de sortie du générateur donnera une indication directe en dBm des niveaux reçus. Ces indications de S-mètre correspondant aux amplitudes quasi-crêtes des signaux reçus, le niveau de sortie constant du générateur assure l’équivalence avec l’amplitude moyenne délivrée. Des mesures de sensibilité à faible niveau, effectuées en dessous du seuil de décollage du S-mètre et exprimées en terme de Signal/Bruit, permettent ainsi de déterminer la valeur absolue du niveau de bruit plancher en réception sur charge fictive par rapport au niveau de puissance du signal délivré par le générateur. Pour cela, une mesure précise de bande passante BF est nécessaire afin de déterminer la référence énergétique du bruit d’agitation thermique à prendre en compte.

Les dégradations ainsi mesurées relativement à ce plancher de bruit peuvent alors être converties en valeur absolue de puissance reçue (dBm) et en unités de champ électriques ou magnétiques

Les explications pratiques sur la méthode applicable à partir de ce principe de mesure sont détaillées sur le document téléchargeable ici (Mesures-de-bruit.pdf Excel 379,38 Ko). Deux tableurs de calcul, également téléchargeables ici, permettent permet d’effectuer toutes les transpositions nécessaires à partir des résultats obtenus. Le tableur le plus complet (Mesure-champ.xls Excel 20,00 Ko) exploite directement les résultats des mesures effectuées à partir d’un récepteur qu’il a permis de calibrer. Le tableur simplifié (Mes-champ-simpl.xls Excel 20,00 Ko) effectue les mêmes transpositions à partir d’un autre récepteur de mesure dont les performances, également connues, sont introduites manuellement.

Mise à jour le Vendredi, 13 Février 2015 11:12  

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